Способы устранения вредного влияния реакции якоря
Реакцией якоря называется воздействие магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов машины. В режиме холостого хода ток якоря равен нулю и магнитное поле машины образуется только главными полюсами (рис (а)). Оно симметрично относительно оси главных полюсов и относительно геометрической нейтрали . Если отключить обмотку возбуждения и подключить якорь к источнику питания, то протекающий в обмотке якоря ток создаст магнитное поле, показанное на рисунке (б). Магнитная ось полюсов этого поля совпадает с осью щеток и перпендикулярна оси поля главных полюсов. Вращение якоря не влияет на картину поля якоря, т.к. распределение тока в обмотке якоря остается постоянным. В рабочем режиме машины включены обе обмотки и магнитное поле образуется суммированием обоих полей. В результате ось магнитного поля поворачивается на некоторый угол и на этот же угол поворачивается физическая нейтраль . Так как при одинаковом направлении вращения, направление тока якоря двигателя и генератора разное, то направление магнитного поля якоря и смещение физической нейтрали в этих режимах будет противоположеным. В режиме генератора нейтраль смещается в сторону вращения, а в режиме двигателя – против вращения.
В результате смещения часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и нейтралью окажется под полюсом противоположной полярности и будет создавать тормозной момент.
Изменение нагрузки машины будет приводить к изменению тока якоря и соответствующему усилению или ослаблению его магнитного поля. Поэтому угол будет изменяться с нагрузкой.
Помимо смещения нейтрали реакция якоря уменьшает общий магнитный поток за счет того, что поле под главными полюсами искажается. Под одним краем полюса оно ослабляется, а под другим усиливается, но усиление поля в результате насыщения края полюса оказывается меньше ослабления и результирующий магнитный поток уменьшается, что отрицательно сказывается на энергетических показателях машины.
Смещение физической нейтрали оказывает также негативное влияние на процесс коммутации .
Наиболее эффективным средством уменьшения влияния реакции якоря является компенсационная обмотка. Она укладывается в специальные пазы главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря. Магнитное поле компенсационной обмотки направлено встречно и, как следует из ее названия, компенсирует магнитное поле якоря. Ток компенсационной обмотки равен току якоря, поэтому компенсация происходит при всех режимах от холостого хода до полной нагрузки. В результате поле машины под главными полюсами остается практически неизменным. Однако в межполюсном простанстве часть МДС якоря остается не скомпенсированной и оказывает отрицательное влияние на работу щеточно-коллекторного узла. Компенсация реакции якоря в этой области осуществляется применением добавочных полюсов. Компенсационные обмотки сильно усложняют и удорожают машину, поэтому они используются только в специальных двигателях средней и большой мощности.
Другим способом компенсации является увеличение зазора между краями главных полюсов и якорем. Для сохранения потока при увеличении зазора требуется увеличение МДС обмотки возбуждения. Это приводит к увеличению полюсов, катушек и в целом к ухудшению массогабаритных показателей. Увеличение зазора используют в машинах малой и средней мощности.
Источник
Устранение вредного влияния реакции якоря
В связи с тем, что реакция якоря неблагоприятно влияет на рабочие свойства машины постоянного тока, при проектировании машины принимают меры к устранению реакции якоря или хотя бы к ослаблению ее влияния до допустимых пределов.
Компенсационная обмотка. Наиболее эффективным средством подавления влияния реакции якоря по поперечной оси является применение в машине компенсационной обмотки. Эту обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников (рисунок 19) и включают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки FK была противоположна по направлению МДС обмотки якоря Fa. Компенсационную обмотку делают распределенной по поверхности полюсного наконечника всех главных полюсов машины. При этом линейную нагрузку для компенсационной обмотки принимают равной линейной нагрузке обмотки якоря.
Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмоткой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон 
распределения магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном пространстве часть МДС якоря остается нескомпенсированной. Нежелательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют применением в машине добавочных полюсов.
Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности — более 150—500 кВт при U > 440 В, работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в двигателях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компенсационная обмотка удорожает и усложняет машину, и ее применение в некоторых машинах экономически не оправдывается.
Рисунок 19 — Компенсационная обмотка
Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. Вмашинах малой и средней мощности, не имеющих компенсационной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в виду, что при достаточно малом воздушном зазоре и значительной линейной нагрузке реакция якоря по поперечной оси может не только ослабить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и перемагнитить его, т. е. изменить полярность — «опрокинуть поле». Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюсами, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реакции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воздушного зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличению размеров полюсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.
На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции якоря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полюсов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки 3411). Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «поперёк проката» — небольшой магнитной проницаемостью. Штамповать пластины полюсов из такой стали следует так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали.
Тема: Коммутация в машинах постоянного тока
Источник
Устранение вредного влияния реакции якоря
В связи с тем что реакция якоря неблагоприятно влияет на рабочие свойства машины постоянного тока[1], при проектировании машины принимают меры к устранению реакции якоря или хотя бы к ослаблению ее влияния до допустимых пределов.
Компенсационная обмотка. Наиболее эффективным средством подавления влияния рёакции якоря по поперечной оси является применение в машине компенсационной обмотки. Эту обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников (рис. 26.7) и включают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки Fк была противоположна по направлению МДС обмотки якоря Fa. Компенсационную обмотку делают распределенной по поверхности полюсного наконечника всех главных полюсов машины. При этом линейную нагрузку для компенсационной обмотки принимают равной линейной нагрузке обмотки якоря.
Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмоткой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон распределения магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном пространстве часть МДС якоря остается некомпенсированной. Нежелательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют применением в машине добавочных полюсов (см.§ 27.4).
Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности — более 150—500 кВт при U > 440 В,
Рис. 26.7. Компенсационная обмотка
работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в двигателях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компенсационная обмотка удорожает и усложняет машину и ее применение в некоторых машинах экономически не оправдывается.
Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенсационной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в
виду, что при достаточно малом воздушном зазоре и значительной линейной нагрузке реакция якоря по поперечной оси может не только ослабить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и перемагнитить его, т. е. изменить полярность — «опрокинуть поле». Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюсами, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реакции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воздушного зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличёнию размеров полюсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.
На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции якоря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полюсов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки 3411). Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «поперек проката» — небольшой магнитной проницаемостью. Штамповать пластины полюсов из такой стали следует так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали. § 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока
Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются способом включения обмотки возбуждения, т. е. способом возбуждения.
По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:
машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 26.8, а);
машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 26.8, б) ;
машины последовательного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 26.8, в);
машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения — параллельная ОВ1 и последовательная ОВ2 (рис. 26.8, г);
Рис. 26.8. Способы возбуждения машин постоянного тока
машины с возбуждением постоянными магнитами (рис. 26.8, д Все указанные машины (кроме последних) относятся к машинам с электромагнитным возбуждением, так как магнитное поле в них создается электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения.
Начала и концы обмоток машин постоянного тока согласно
ГОСТу обозначаются: обмотка якоря — Я1 и Я2, обмотка добавочных полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, обмотка возбуждения независимая — Ml и М2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) — Ш1 и 1112, обмотка возбуждения последовательная (сериесная) —С1 и С2.
Контрольные вопросы
Какие участки содержит магнитная цепь машины постоянного тока?
В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?
Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничивание машины по продольной оси?
Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете числа витков полюсной катушки обмотки возбуждения?
С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря?
Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?
Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?
Источник
МЕРЫ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ.
Меры, уменьшающие вредные последствия реакции якоря, заключаются в следующем:
· увеличение воздушного зазора между якорем и полюсами до оптимальной величины. Для электродвигате- ля типа ТЛ-2К1 расстояние межу якорем и главными полюсами равно 4,5 мм, а между якорем и дополнительными полюсами 7 мм;
· применение специальной формы воздушного зазора или формы листов сердечников главных полюсов, затрудняющих проникновение магнитного потока якоря в сердечники главных полюсов (рис.8);
Рис.8. Меры, уменьшающие реакцию якоря, у тяговых электродвигателей
без компенсационной обмотки:
увеличение воздушного зазора по краям сердечника главных полюсов (а); применение полюсных наконечников сердечника в виде рога (б); применение гребенки: один полюсной наконечник сердечника листа срезается в длину 100 мм и высоту 12 мм и сердечник набирается чередованием наконечников специальной формы (тяговый электродвигатель типа ДПЭ-400 у электровоза ВЛ22) (в); применение полюсных наконечников специальной формы (тяговый электродвигатель НБ- 412 у электровоза ВЛ22) (г).
· наиболее эффективной мерой является применение компенсационной обмотки. Она укладывается в пазы на полюсной дуге сердечников главных полюсов и создает магнитное поле, направленное против магнитного поля якоря. Поэтому реакция якоря (искажение магнитного поля главных полюсов) под главным полюсом полностью компенсируется. Для автоматического действия этой обмотки она соединяется последовательно с обмоткой якоря. При увеличении тока в обмотке якоря, увеличивается его магнитный поток и на эту же величину увеличивается ток и магнитный поток компенсационной обмотки.
Источник
